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叶轮是泵内对介质做功的核心部件,叶轮的结构对泵内流动的影响较大。在旋转的叶轮和复杂的过流部件影响下,泵内的流动结构尺度多、形状复杂。流动结构是决定泵内的压力分布和诱发压力脉动的重要因素之一。泵内压力脉动会引起振动和噪声,加剧泵运行的不稳定性。从叶轮结构的角度出发进行泵内非稳态流动及压力脉动特性的研究具有重要的意义。本文综合采用数值模拟和实验研究手段,对双蜗壳泵内部的流动和压力脉动进行研究,采用不同的叶轮结构,探究叶轮与双蜗壳的匹配对泵内压力脉动及流动状态的影响,主要研究工作及结论如下:(1)应用计算流体动力学软件ANSYS CFX对常规叶轮方案泵内的流场进行数值模拟,设置监测点对泵内各处的压力脉动信号进行采集,考察流量的影响,分析双蜗壳泵内的典型流动结构和压力脉动的时域及频域特征。研究发现,压出室采用双蜗壳加剧了叶轮与蜗壳之间的动静干涉作用。由于叶轮流道较宽,出现了二次流和轴向漩涡等不利流动现象。随着流量的减小,常规叶轮中出现了局部低压区,轴向漩涡的影响范围扩大。而随着流量的增大,叶轮流道内的流体流动方向与叶片的几何形状之间的一致性增强。(2)对3种非常规叶轮方案的泵内部流动进行数值模拟,对比分析各方案中的流动参数分布及泵内的压力脉动频率成分和幅值,综合评价非常规叶轮结构对泵的性能、内部流动特征和压力脉动特征信号的影响。研究发现,长短叶片方案有助于改善叶轮进口处的流动状态。短叶片起始端距离长叶片进口过近会导致两者之间的流动混乱,这是产生小尺度流动结构和诱发压力脉动的关键因素之一。叶片交错的结构方式能够有效地降低泵内的压力脉动,同时上下层叶片错开角度越大,对叶频信号的抑制能力越强;但这会导致上下层叶片各自独立,形成叶片数翻倍的状态,两倍叶频对应的压力脉动幅值增大。而在叶轮进口处的隔板会使叶轮进口处的流动质量下降。相邻的长叶片之间加入两个分流叶片会加剧叶轮与隔舌的动静干涉作用,而分流叶片的数量及长度会对泵内压力脉动的频率分布产生影响。采用较短的分流叶片在一定程度上能够减缓离心泵出口处的压力脉动,降低中低频率对应的压力脉动幅值。(3)对常规叶轮方案及分流叶片方案进行压力脉动信号采集和基座振动实验,得到实泵的压力脉动信号和基座振动加速度,并采用快速傅立叶变换和RMS能量值分析法对泵内压力脉动特征进行分析,评估叶轮结构对泵内压力脉动和泵振动的影响。研究发现,常规叶轮方案泵的最大压力脉动幅值对应的特征频率为三倍叶频。双蜗壳隔板处的压力脉动RMS能量值在设计工况时最小,并随工况的偏离而增大。分流叶片方案泵内的压力脉动主导频率为叶频,其对应的压力脉动幅值远大于其他幅值,压力脉动的能量更为集中。数值模拟与实验结果之间存在差异,实验中获得的压力脉动频率更为丰富,而模拟中捕捉到的主要是与叶频相关的主导频率。添加分流叶片能够在一定程度上加强叶片对流体介质的影响。压力脉动能量集中于叶频处,其他特征频率对应的压力脉动幅值降低。基座上的振动加速度反映出泵内的主导压力脉动是泵振动的重要激励源之一。